KR101340890B1 - 주형 및 이를 이용한 주조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 싱글스크롤 터보하우징 한 쌍을 동시 주조할 수 있는 주형 및 이를 이용한 주조방법에 관한 것으로, 이를 위해 싱글스크롤 터빈하우징을 주조하기 위한 주형에 있어서, 상호 합형되어 상기 터빈하우징을 성형하기 위한 공간부가 형성되는 제1 외형과 제2 외형, 상기 공간부에 구비되는 중자부 및, 상기 제1 외형 또는 제2 외형 중 어느 하나의 일측면에 형성되는 주입로 및 상기 주입로와 공간부를 연통시키는 유입관로를 포함하는 제1 몰드와, 상기 제1 몰드와 동일한 제2 몰드로 이루어지되, 상기 제1 몰드 및 제2 몰드를 각각의 주입로가 대향되게 상호 결합시킴으로써 용탕이 주입되는 주입관로가 형성되어 싱글스크롤 터빈하우징 한 쌍을 동시 주조할 수 있으며, 상기 공간부는 상기 터빈하우징을 성형하기 위한 공간을 제공하는 캐비티, 상기 캐비티의 스크롤부 측에 형성되는 스크롤 압탕구 및, 상기 캐비티의 매니폴드부 측에 형성되는 매니폴드 압탕구를 포함하고, 상기 중자부는 상기 캐비티의 일측에 구비되는 받침중자, 상기 받침중자의 상부에 구비되는 제1 보조중자, 상기 제1 보조중자의 상부 일측에 구비되는 제2 보조중자, 상기 받침중자와 제2 보조중자 사이에 구비되는 캡중자, 상기 받침중자와 제1 보조중자 사이에 구비되는 볼루트중자 및, 상기 제1 보조중자의 상부 타측에 구비되는 제3 보조중자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

주형 및 이를 이용한 주조방법 {casting molds and casting method using the same}

본 발명은 주형 및 이를 이용한 주조방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 싱글스크롤 터보하우징 한 쌍을 동시 주조할 수 있는 주형 및 이를 이용한 주조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차의 실린더 헤드, 실린더 블록, 캠 샤프트, 크랭크 샤프트, 흡기 및 배기 매니폴드, 터빈하우징 등은 쉘 몰드(shell mold)를 이용한 중력주조법으로 제조되고 있다.

이 중에서, 터빈하우징은 가솔린 터보차저의 확대 적용에 따라 배기계통의 내구성 및 효율 개선을 위해, 스크롤(scroll)이 형성된 터빈하우징으로 주조하기 위한 기술개발이 진행되어 왔으며, 종래의 터빈하우징을 주조하기 위한 주형은 하나의 주형에서 단일 주조물만을 주조할 수 있는 구조에 국한되어 있어 주조 생산성 및 회수율의 저하가 발생되고 있을 뿐만 아니라 회수율의 저하는 용탕주입구 제거 등과 같은 후처리 비용의 증가를 초래하게 되며, 용탕주입구가 주형에 함몰 형성됨에 따라 용탕주입구의 대향면에 커버 역할을 하는 외형커버주형이 추가로 필요함에 따라 주형 제작비가 상승하는 문제점이 있어 왔다.

이와 같은 상황에서 최근 차량의 다변화, 경량화 및 제작비용 절감의 추세에 따라 싱글 스크롤(sing scroll) 터빈하우징 대량 생산의 필요성이 대두되는 바, 이에 따라 싱글 스크롤을 주조하기 위한 주형의 개발이 진행되고 있으며, 이와 함께 주형에서 단일 주조물만을 주조할 수 있는 구조에 국한되었던 종래의 주형을 개선하여 주조 생산성 및 회수율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 후처리 비용을 절감할 수 있고, 외형커버주형의 감소로 인해 주형 제작단가를 절감할 수 있는 주형의 개발과 이를 이용한 주조 방법의 개발이 절실한 실정이다.

KR 10-1180951 B1 KR 10-2012-0064885 A

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 하나의 용탕주입구를 통해 싱글 스크롤 터빈하우징 한 쌍을 동시 주조할 수 있는 구조를 가지는 주형 및 이를 이용한 주조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 주형 및 이를 이용한 주조방법은, 싱글스크롤 터빈하우징을 주조하기 위한 주형에 있어서, 상호 합형되어 상기 터빈하우징을 성형하기 위한 공간부가 형성되는 제1 외형과 제2 외형, 상기 공간부에 구비되는 중자부 및, 상기 제1 외형 또는 제2 외형 중 어느 하나의 일측면에 형성되는 주입로 및 상기 주입로와 공간부를 연통시키는 유입관로를 포함하는 제1 몰드와, 상기 제1 몰드와 동일한 제2 몰드로 이루어지되, 상기 제1 몰드 및 제2 몰드를 각각의 주입로가 대향되게 상호 결합시킴으로써 용탕이 주입되는 주입관로가 형성되어 싱글스크롤 터빈하우징 한 쌍을 동시 주조할 수 있으며, 상기 공간부는 상기 터빈하우징을 성형하기 위한 공간을 제공하는 캐비티, 상기 캐비티의 스크롤부 측에 형성되는 스크롤 압탕구 및, 상기 캐비티의 매니폴드부 측에 형성되는 매니폴드 압탕구를 포함하고, 상기 중자부는 상기 캐비티의 일측에 구비되는 받침중자, 상기 받침중자의 상부에 구비되는 제1 보조중자, 상기 제1 보조중자의 상부 일측에 구비되는 제2 보조중자, 상기 받침중자와 제2 보조중자 사이에 구비되는 캡중자, 상기 받침중자와 제1 보조중자 사이에 구비되는 볼루트중자 및, 상기 제1 보조중자의 상부 타측에 구비되는 제3 보조중자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

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그리고, 싱글스크롤 터빈하우징을 주조하기 위한 방법에 있어서, 상기 터빈하우징 한 쌍을 동시주조 하기 위한 주형을 준비하는 주형준비공정, 상기 준비된 주형을 예열하는 예열공정, 상기 예열된 주형을 조형상자에 설치하는 주형셋팅공정, 상기 조형상자에 설치된 주형에 용탕을 주입하는 용탕주입공정, 상기 용탕이 주입된 주형을 냉각하는 주형냉각공정, 상기 냉각된 주형을 해체하여 한 쌍의 터빈하우징을 탈형하는 주형해체공정, 상기 해체된 주형에서 탈형된 한 쌍의 터빈하우징을 개별로 가공하는 후처리공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이러한, 상기 주형준비공정은 터빈하우징 한 쌍을 동시주조 하기 위한 주형을 제작하는 주형제작공정, 상기 제작된 주형을 조립하는 주형조립공정 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 함께, 상기 예열공정은 상기 주형에 주입되는 용탕의 재료를 용해하는 재료용해공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 주형해체공정은 상기 해체된 주형에서 주조된 한 쌍의 터빈하우징을 탈사하는 탈사공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

마지막으로, 상기 후처리공정 이후에는 상기 후처리 된 터빈하우징을 2차 탈사한 후 내외부를 검사하여 선별하는 마감공정이 더 수행되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 기대할 수 있을 것이다.

하나의 용탕주입구를 통해 싱글 스크롤 터빈하우징 한 쌍을 동시 주조할 수 있게 됨으로써, 종래의 단일 주형에서 단일 주조물 생산에 국한되었던 주형의 다변화에 기여할 수 있다.

그리고, 한 번의 용탕 주입을 통해 한 쌍의 주조물을 동시 주조하여 생산성을 두 배 향상시킬 수 있으며, 주조 회수율을 향상시켜 용탕주입구 제거 등에 소요되는 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.

아울러, 종래의 용탕주입구의 대향면에 소요되었던 외형커버주형의 감소로 인한 주형 제작비용 또한 절감할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 의해 제조되는 싱글스크롤 터빈하우징을 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 3은 본 발명에 따른 용탕의 주입 모식도이다.
도 4는 본 발명의 주형을 나타낸 도면이다.
도 5 내지 도 11은 본 발명에 따른 주형의 결합과정을 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

설명에 앞서, 본 발명에 따른 주형 및 이를 이용한 주조방법으로 제조되는 싱글 스크롤 터빈하우징은 배기 매니폴드가 일체형으로 형성되는 싱글 스크롤 터빈하우징(이하 "터빈하우징" 으로 표기함)으로써, 터빈하우징을 나타낸 도 1을 참조하여 간략히 설명하면 다음과 같다. 상기 터빈하우징(T)은 배기 가스가 유입되는 매니폴드부(M)와, 상기 매니폴드부(M)와 일체 형성되며, 소용돌이 형상으로 터빈 휠이 수용되는 휠 수용부(W)의 외주를 따라 배기가스가 유동될 수 있는 통로를 제공하는 스크롤부(S)와 휠 수용부(W)을 통해 배기가스가 토출되는 토출부(O) 및 바이패스부(B)를 포함하여 이루어짐을 주지하여 본 명세서의 이해를 돕고자 한다.

이를 바탕으로 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다. 상기 도 1과, 본 발명에 따른 용탕의 주입 모식도를 나타낸 도 2 내지 도 3 및 본 발명의 주형을 나타낸 도 4에 도시된 바와 같이, 싱글 스크롤 터빈 하우징을 주조하기 위한 본 발명에 따른 주형은 제1 몰드(100)와 제2 몰드(100')로 이루어진다.

먼저, 상기 제1 몰드(100)는 제1 외형(300)과 제2 외형(500) 및 중자부(400)를 포함하여 이루어진다. 상기 제1 외형(300)과 제2 외형(500)은 내부에 공간이 마련되어 상호 합형됨으로써 터빈하우징(T)을 성형하기 위한 공간부(200)를 형성하게 된다. 이러한, 상기 공간부(200)는 터빈하우징(T)을 성형하기 위한 캐비티(210)와, 상기 캐비티(210)의 스크롤부(S)측 및 매니폴드(M)측 각각에는 스크롤 압탕구(230) 및 매니폴드 압탕구(250)가 형성되어 주조 시 응고과정에서 발생되는 용탕의 수축분을 신속하게 공급할 수 있게 한다.

그리고, 본 발명에 따른 주형의 결합과정을 나타낸 도 5 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 중자부(400)는 공간부(200)에 구비되어 터빈하우징(T)의 내외부 형상을 성형가능하게 한다. 이러한, 상기 중자부(400)는 받침중자(410), 제1 보조중자(420), 제2 보조중자(430), 캡중자(440), 볼루트 중자(450) 및 제3 보조중자(460)를 포함하여 이루어진다.

상기 받침중자(410)는 캐비티(210)의 일측에 구비되는 것으로, 바람직하게는 상기 제1 외형(300)의 내부 일측에 구비되어 터빈하우징(T) 스크롤부(S)의 볼루트(volute, 소용돌이) 형상 및 토출부(O)의 외형을 형성가능하게 하며, 후술되는 중자들을 지지하게 된다. 그리고, 상기 제1 보조중자(420)는 받침중자(410)의 상부에 구비되어 상기 받침중자(410)와 함께 스크롤부(S)의 볼루트 형상 및 토출부(O)의 외형을 형성 가능하게 한다. 이와 함께, 상기 제2 보조중자(430)는 제1 보조중자(420)의 상부 일측에 구비되어 상기 제1 보조중자(420)와 함께 토출부(O)의 외형을 형성 가능하게 한다. 그리고, 상기 캡중자(440)는 받침중자(410)와 제2 보조중자(430) 사이에 구비되어 토출부(O)의 내부 및 바이패스부(B)를 형성 가능하게 한다. 이와 함께, 상기 볼루트 중자(450)는 받침중자(410)와 제1 보조중자(420) 사이에 구비되어 스크롤부(S) 및 매니폴더부(M)의 내부 형상을 형성 가능하게 한다. 마지막으로, 상기 제3 보조중자(560)는 제1 보조중자(420)의 상부 타측에 구비되어 매니폴드부(M)의 배기가스 흡입구의 외형을 형성 가능하게 한다. 이와 함께, 상기 제1 외형(300)에 중자부가 조립한 후 제2 외형(500)을 제1 외형(300)과 합형하여 제1 몰드(100)의 조립을 완성할 수 있게 된다.

다음으로, 상기 제1 외형(300) 또는 제2 외형(500) 중 어느 하나의 일측면에 용탕을 주입하기 위한 주입로(611) 및, 상기 주입로(611)와 공간부(200)를 연통시켜 용탕이 유입되도록 하는 유입관로(610)를 형성하여 상기 제1 몰드(100)의 구조를 완성할 수 있게 된다. 바람직하게, 상기 주입로(611)는 중자부(400)가 조립되는 제1 외형(300)보다 제2 외형(500)의 일측면에 형성되게 한다. 즉, 상기 주입로(611)는 제2 외형(500)의 제1 외형(300)과 합형되는 면의 반대 측면에 함몰 형성된다. 그리고, 상기 유입관로(630)는 주입로(611)와 공간부(200)의 스크롤 압탕구(230)를 연통시키게 된다.

이어서, 상기 제2 몰드(100')는 상기와 같이 이루어지는 제1 몰드(100)와 동일한 구조를 갖게 된다. 이러한, 상기 제1 몰드(100)와 제2 몰드(100')가 상호 결합되어 본 발명에 따른 주형을 구현할 수 있게 되는데, 여기서 상기 제1 몰드(100)의 주입로(611)와 제2 몰드(100')의 주입로(611')를 상호 대향되게 배치한 후 상기 제1 몰드(100)와 제2 몰드(100')를 대칭되게 결합시킴으로써 용탕이 주입되는 주입관로(610)가 형성되어 터빈하우징(T) 한 쌍을 동시 주조할 수 있게 된다.

이렇게, 상기 주입관로(610)를 통해 터빈하우징(T) 한 쌍을 동시 주조할 수 있게 됨으로써 생산성을 2배 향상시킬 수 있고, 종래에 소요되었던 용탕주입구의 대향면에 커버 역할을 하는 외형커버주형의 제작비용을 절감할 수 있으며, 종래에 한 쌍의 터빈하우징(T) 주조 후에는 2곳의 용탕주입구가 잔존하게 됨에 반해 본 발명에 따르면 한 쌍의 터빈하우징(T)에 단 하나의 주입관로(610)가 존재함으로서 주조 회수율을 향상시킬 수 있다. 이러한, 주조 회수율의 향상은 종래의 2곳의 용탕주입구를 제거해야 했던 종래기술에 비해 본 발명에 따르면 주입관로(610)만을 제거하면 되므로 후처리 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.

이하에서는, 상기와 같이 이루어지는 본 발명의 주형을 이용한 주조방법에 대해 상세히 설명하고자 한다.

본 발명에 따른 싱글스크롤 터빈하우징의 주조방법은 주형준비공정, 예열공정, 주형셋팅공정, 용탕주입공정, 주형냉각공정, 주형해체공정 및 후처리공정을 포함하여 이루어진다.

먼저, 상기 주형준비공정은 한 쌍의 터빈하우징(T)을 제조할 수 있는 주형을 준비하는 공정으로, 주형제작공정 및 주형조립공정을 포함하여 이루어진다.

상기 주형제작공정은 본 발명의 주형을 이루는 제1 몰드(100)와 제2 몰드(100')를 제작하는 공정으로, 몰드 성형을 위한 주강용 주물사와 레진을 이용하여 주형을 제조하게 된다. 그리고, 상기 주형조립공정은 제조된 주형을 조립하는 공정으로, 각 몰드의 공간부(200)를 이루는 제1 외형(300) 및 제2 외형(500)의 내면과 중자부(400)의 외면에 도형제를 도포하여 주조물의 표면을 미려할 수 있다. 그리고, 상기 제1 몰드(100)와 제2 몰드(100') 각각의 주입관로(611, 611')를 대향되게 배치한후 제1 몰드(100)와 제2 몰드(100')를 결합시켜 용탕이 주입되는 주입관로(610)를 형성시키며, 그 다음 접합제를 상기 제1 몰드(100)와 제2 몰드(100')의 결합면에 접합제를 이용하여 결합시킬 수 있게 된다. 여기서, 주형 조립에 관한 자세한 설명은 상기한 주형 설명에서 언급하였으므로 생략하기로 한다.

다음으로, 상기 예열공정은 준비된 주형에 용탕을 주입하기 전 주형을 일정온도로 예열하는 공정이다. 여기서, 상기 예열공정은 주형에 주입되는 용탕의 재료를 용해하는 재료용해공정을 포함하게 된다.

상기 주형셋팅공정은 조립된 주형을 조형 상자에 배치한 후 몰드 백업제를 충진하는 공정으로서, 조형상자에 주형을 배치한 후 치공구를 이용해 조형상자 내부에 고정시키게 되며, 이 후 조형상자에 몰드 백업제를 충진시키게 된다.

이어서, 상기 용탕주입공정은 셋팅된 주형의 주입관로(610)에 용탕을 주입하여 주형의 공간부(200)를 이루는 캐비티(210), 스크롤 압탕구(230) 및 매니폴더 압탕구(250)에 용탕을 충진하는 공정이다.

그리고, 상기 주형냉각공정은 용탕이 주입된 주형을 냉각하는 공정으로 칠러(chiller, 냉금)를 이용하여 주형의 국부적 응고를 방지하는 공정이다.

이와 함께, 상기 주형해체공정은 냉각된 주형을 해체하는 공정으로, 조형상자로부터 주형을 탈거한 후 주형을 파괴하여 주조된 한 쌍의 터빈하우징을 탈형시키는 공정이다. 여기서, 상기 주형해체공정은 주조된 한 쌍의 터빈하우징의 외면에 부착된 주물사를 탈사하는 탈사공정을 더 포함하게 된다.

다음으로, 상기 후처리공정은 해체된 주형에서 탈형된 한 쌍의 터빈하우징을 개별로 가공하는 공정으로, 한 쌍의 터빈하우징을 연삭 및 연마하여 개별화하는 공정이다. 이러한, 상기 후처리공정 이후에는 마감공정이 더 수행되는데, 상기 마감공정은 후처리되어 개별화된 터빈하우징의 외면에 잔존하는 미세한 주물사를 2차 탈사한 후 내외부를 검사하여 터빈하우징을 선별하는 공정이다.

이상과 같이, 본 발명은 하나의 용탕주입구를 통해 싱글스크롤 터빈하우징 한 쌍을 동시 주조할 수 있는 구조를 가지는 주형 및 이를 이용한 주조방법을 제공하는 것을 기본적인 사상으로 하고 있음을 알 수 있으며, 당업계의 통상적인 지식을 가진 자에게 있어서 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다.

100: 제1 몰드 100': 제2 몰드
200: 공간부 300: 제1 외형
400: 중자부 500: 제2 외형
610: 주입관로 611, 611': 주입로

Claims (8)

1. 싱글스크롤 터빈하우징을 주조하기 위한 주형에 있어서,
   상호 합형되어 상기 터빈하우징을 성형하기 위한 공간부(200)가 형성되는 제1 외형(300)과 제2 외형(500),
   상기 공간부(200)에 구비되는 중자부(400) 및,
   상기 제1 외형(300) 또는 제2 외형(500) 중 어느 하나의 일측면에 형성되는 주입로(611) 및 상기 주입로(611)와 공간부(200)를 연통시키는 유입관로(630)를 포함하는 제1 몰드(100);와,
   상기 제1 몰드(100)와 동일한 제2 몰드(100');로 이루어지되,
   상기 제1 몰드(100) 및 제2 몰드(100')를 각각의 주입로(611, 611')가 대향되게 상호 결합시킴으로써 용탕이 주입되는 주입관로(610)가 형성되어 싱글스크롤 터빈하우징 한 쌍을 동시 주조할 수 있으며,
   상기 공간부(200)는 상기 터빈하우징을 성형하기 위한 공간을 제공하는 캐비티(210), 상기 캐비티(210)의 스크롤부 측에 형성되는 스크롤 압탕구(230) 및, 상기 캐비티(210)의 매니폴드부 측에 형성되는 매니폴드 압탕구(250)를 포함하고,
   상기 중자부(400)는 상기 캐비티(210)의 일측에 구비되는 받침중자(410), 상기 받침중자(410)의 상부에 구비되는 제1 보조중자(420), 상기 제1 보조중자(420)의 상부 일측에 구비되는 제2 보조중자(430), 상기 받침중자(410)와 제2 보조중자(430) 사이에 구비되는 캡중자(440), 상기 받침중자(410)와 제1 보조중자(420) 사이에 구비되는 볼루트중자(450) 및, 상기 제1 보조중자(420)의 상부 타측에 구비되는 제3 보조중자(460)를 포함하는 것을 특징으로 하는 주형.
2. 삭제
3. 삭제
4. 싱글스크롤 터빈하우징을 주조하기 위한 방법에 있어서,
   상기 터빈하우징 한 쌍을 동시주조 하기 위한 주형을 준비하는 주형준비공정;
   상기 준비된 주형을 예열하는 예열공정;
   상기 예열된 주형을 조형상자에 설치하는 주형셋팅공정;
   상기 조형상자에 설치된 주형에 용탕을 주입하는 용탕주입공정;
   상기 용탕이 주입된 주형을 냉각하는 주형냉각공정;
   상기 냉각된 주형을 해체하여 한 쌍의 터빈하우징을 탈형하는 주형해체공정; 및,
   상기 해체된 주형에서 탈형된 한 쌍의 터빈하우징을 개별로 가공하는 후처리공정;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 주조방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 주형준비공정은,
   터빈하우징 한 쌍을 동시주조 하기 위한 주형을 제작하는 주형제작공정 및,
   상기 제작된 주형을 조립하는 주형조립공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 주조방법.
6. 제4항에 있어서,
   상기 예열공정은,
   상기 주형에 주입되는 용탕의 재료를 용해하는 재료용해공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 주조방법.
7. 제4항에 있어서,
   상기 주형해체공정은
   상기 해체된 주형에서 주조된 한 쌍의 터빈하우징을 탈사하는 탈사공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 주조방법.
8. 제4항에 있어서,
   상기 후처리공정 이후에는,
   상기 후처리된 터빈하우징을 2차 탈사한 후 내외부를 검사하여 선별하는 마감공정이 더 수행되는 것을 특징으로 하는 주조방법.

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